李麟，張軍，葉超

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽621900)

隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機床水平不斷提高，機械制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化。目前，數(shù)控機床已經(jīng)作為制造業(yè)的母機而被廣泛使用，數(shù)控機床水平的高低也成為了一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志，對國民經(jīng)濟的發(fā)展和增強國防實力起著舉足輕重的作用。因此，數(shù)控機床質(zhì)量好壞和安全與否，將直接影響國民經(jīng)濟的發(fā)展。機床安全檢查是國家規(guī)定的強制性檢測項目，而保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗作為電氣安全中重要的組成部分，其準確的檢測結(jié)果對人和設(shè)備的安全顯得尤為重要。但是，目前對保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測量的不確定度評定分析較少，測量結(jié)果不夠精確。因此，針對數(shù)控機床的保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗，詳細介紹了保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測量時標準不確定度、合成不確定度和擴展不確定度的評定方法。期望通過對該類測量的不確定度分析，為今后保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性電阻的精確測量提供理論依據(jù)。

1 測量方法和過程

機床保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗方法主要參考標準GB/T 26679-2011 《機床電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗規(guī)范》［1］。試驗在被測電氣設(shè)備的外部保護接地端子PE 和保護聯(lián)結(jié)電路部件的有關(guān)點之間進行，試驗電流為0.2 ～10 A，試驗電源選為24 V AC 或DC 的獨立電源SELV［2］。文中以數(shù)控機床電柜門的PE 點作為測試點，通過多次測量，分析保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測量的不確定度。

測量方法為使用安規(guī)測試儀進行測試。安規(guī)測試儀是經(jīng)過法定檢測機構(gòu)檢測的合格產(chǎn)品，并處在有效期內(nèi)，其最大允許誤差為±10%rdg。測試時，選擇“Protective conductor”擋位，設(shè)置Duration 值為10 s，根據(jù)實際測試情況選擇測試導(dǎo)線截面積和Limit Value，參數(shù)設(shè)置好后即可按“Start”開始測試。安規(guī)測試儀測試結(jié)果顯示為電壓降和保護聯(lián)結(jié)電路電阻值，因此，測試結(jié)果可以直接讀出。

2 測量不確定度來源分析

當測試環(huán)境溫度5 ～40 ℃、相對濕度40% ～75%RH 時，溫度影響可以忽略不計。因此，保護聯(lián)結(jié)電路電阻RE測量不確定度的來源主要有:

(1) 在相同條件下被測量在重復(fù)觀測中的變化;

(2) 安規(guī)測試儀測量保護聯(lián)結(jié)電路電阻值時的儀器測量誤差;

(3) 安規(guī)測試儀測量保護聯(lián)結(jié)電路電阻值時的分辨率所引起的誤差(電子式儀表) 。

3 數(shù)學(xué)模型

由于保護聯(lián)結(jié)電路電阻RE的測量結(jié)果是由安規(guī)測試儀的示值RD直接給出，因此其數(shù)學(xué)模型可以寫為:

4 方差和傳播系數(shù)［3］

根據(jù):

求得:

由于式中:

因此:

5 不確定度評定

5.1 標準不確定度評定

5.1.1 由測量重復(fù)性引起的標準不確定度分量u1(RE)

在重復(fù)性條件下，用安規(guī)測試儀對某數(shù)控機床電柜門上PE 點的保護聯(lián)結(jié)電路電阻進行10 次測量，結(jié)果見表1。

表1 保護連接電路連續(xù)性10 次測量結(jié)果

10 次測量平均值為:

根據(jù)貝塞爾公式計算單次測量標準偏差［4］:

因為實際保護聯(lián)結(jié)電路電阻測量只由一次測量值計算給出，所以測量重復(fù)性引起的標準不確定度等于單次測量實驗標準差:

5.1.2 由安規(guī)測試儀測量誤差引起的標準不確定度分量u2(RE)

根據(jù)測試過程中的使用要求，安規(guī)測試儀示值的最大允差為±8.6%rdg。經(jīng)查，該設(shè)備經(jīng)過校準，且符合要求。根據(jù)校準證書的測試結(jié)果，安規(guī)測試儀的示值誤差服從矩形(均勻) 分布，因此，包含因子k=取第一次測量結(jié)果為最終測量結(jié)果，則由安規(guī)測試儀測量誤差引起的標準不確定度分量u2(RE) 為:

5.1.3 由安規(guī)測試儀分辨率引起的標準不確定度分量u3(RE)

安規(guī)測試儀分辨率為0.1 mΩ，估計其分辨率誤差服從均勻分布，則包含因子則由安規(guī)測試儀分辨率引起的標準不確定度分量u3(RE) 為［5］:

5.1.4 標準不確定度分量一覽表

表2 不確定度分量評定預(yù)估

5.2 相關(guān)性

沒有任何輸入量具有值得考慮的相關(guān)性。

5.3 合成標準不確定度分量uc(RE) 評定

保護聯(lián)結(jié)電路電阻RE測量的合成標準不確定度

5.4 擴展不確定度評定

取包含因子k =2，則保護聯(lián)結(jié)電路電阻R 測量結(jié)果的擴展標準不確定度U :

5.5 不確定度報告

取第一次測量的結(jié)果作為最終測量結(jié)果，則某數(shù)控立車變壓器(T2) 上PE 點的保護聯(lián)結(jié)電路電阻RE的測試結(jié)果為: (20.8 ±3.8) mΩ。報告中的擴展不確定度是由標準不確定度乘以包含因子k=2 得到的，對于正態(tài)分布，它對應(yīng)于大約95%的置信概率［4］。

6 結(jié)束語

保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗作為機床電氣3 項試驗的重要組成部分，其檢測結(jié)果的正確與否對評價機床的安全性具有重要影響。文中以實際案例為例，分析了保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測試過程的不確定評定方法，可提高測試結(jié)果的準確性，降低人員觸電危險，避免不必要的人員和經(jīng)濟損失。同時，也可為電氣安全其他試驗(如絕緣電阻測試、耐壓測試等) 在不確定度評定上提供借鑒。

［1］全國工業(yè)機械電氣系統(tǒng)標準化技術(shù)委員會．GB 5226.1-2008 機械電氣安全 機械電氣設(shè)備第1 部分:通用技術(shù)條件［S］．北京:中國標準出版社，2008．

［2］全國工業(yè)機械電氣系統(tǒng)標準化技術(shù)委員會．GB/T 26679-2011 機床電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)保護聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗規(guī)范［S］．北京:中國標準出版社，2011．

［3］劉瑋蔚．數(shù)字式絕緣電阻表測量不確定度的分析與評定［J］．河南電力，2012(3) :5－6．

［4］全國法制計量技術(shù)委員會．JJF1059-1999 測量不確定度評定與表示［S］．北京:中國計量出版社，1999．

［5］錢紹圣．測量不確定度實驗數(shù)據(jù)的處理與表示［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2002:35－112．